1、 *項目七 新型傳感器應用任務一 CCD圖形傳感器任務導入 各式各樣的數碼相機或者數碼攝像機已經廣泛應用于我們的日常生活中，你知道嗎？這些數碼設備的輸入部件也是一種傳感器，是目前應用較廣泛的CCD圖像傳感器。如圖所示為相機里面的CCD傳感器應用。任務一 CCD圖形傳感器一、CCD的原理及分類 當物體通過物鏡成像，這些光敏元就產生與照在它們上面的光強成正比的光生電荷（光生電子空穴對），同一面積上光敏元件越多，分辨率越高，得到的圖像越清楚。電荷耦合器件具有自掃描能力，能將光敏元件上產生的光生電荷依次有規律地串行輸出，輸出的幅值與對應的光敏元件上的電荷量正比。然后通過模數轉換芯片將輸出電信號轉換成數

2、字信號，數字信號經過壓縮處理后，通過USB接口傳輸到計算機上，形成所采集的圖像。任務一 CCD圖形傳感器一、CCD的原理及分類 CCD有面陣和線陣之分，面陣是把CCD像素排成一個平面的器件；而線陣是把CCD像素排成一直線的器件，如圖所示。任務一 CCD圖形傳感器二、CCD傳感器的應用 1. 攝錄一體化CCD攝像機 這是面陣CCD應用最廣泛的領域。隨著住宅商品化，各種現代化住宅樓像雨后春筍般拔地而起，民用住宅的安全防范已提到日程上來，攝錄一體化CCD攝像機能使許多住宅可以在室內及時看到來訪客人的實時圖像和室外區域的情況，為防范入室盜竊起到了有效的監控作用。任務一 CCD圖形傳感器二、CCD傳感器

3、的應用 2. 工業檢測 工業檢測是傳感器應用范圍很廣的一個領域，如在鋼鐵、木材、紡織、糧食、醫藥、機械等領域做零件尺寸的動態檢測，以及產品質量、包裝、形狀識別，表面缺陷或粗糙度檢測等，如圖所示為利用CCD傳感器拍下的金屬表面顯微照片。任務一 CCD圖形傳感器二、CCD傳感器的應用（1）管徑測量 CCD誕生后，工業檢測領域首先制成了測量長度的光電式傳感器，用于測量拉絲過程中絲的線徑、軋鋼的直徑、機械加工的軸類直徑等。（2）高度自動檢測 利用CCD傳感器非接觸測量物體的高度，尤其是檢測流水線上動態測量緩沖器的自由高度，精度可達到0.2mm。任務一 CCD圖形傳感器二、CCD傳感器的應用（3）工業尺

4、寸檢測 在自動化生產線上，經常需要進行物體尺寸的在線檢測。例如，零件的尺寸檢測，軋鋼廠鋼板寬度的在線檢測和控制等。利用物體通過物鏡在CCD光敏陣列元件上形成影像，即可實現物體尺寸的高精度非接觸檢測。尺寸測量的結構如圖所示。任務一 CCD圖形傳感器二、CCD傳感器的應用（4）文字和圖像檢測 利用線陣CCD的自掃描特性，可以實現文字和圖像識別，從而組成一個功能很強的掃描/識別系統。下圖為光學文字識別裝置（OCR）的工作原理。任務二 光纖傳感器任務導入 如圖所示的工業內窺鏡可以直接觀察到設備內部肉眼不易直接觀察的隱蔽部位，既不需解體設備，也不需額外照明，只要將窺視鏡頭插入設備內部孔內，就可以對設備內

5、部情況一目了然，這種工業內窺鏡采用的就是光纖傳感器。任務二 光纖傳感器一、光纖的基本結構和工作模式 光導纖維簡稱光纖，它是一種特殊結構的光學纖維。光纖由纖芯、包層和涂覆層（護層）組成，如圖所示。纖芯由石英玻璃等材料制成，直徑范圍為5125m；包層材料的折射率n2略低于纖芯材料的折射率n1，包層外徑范圍為125350m。包層外涂敷一層緩沖層，最外層是尼龍套管，起保護和屏蔽作用。單根光纖截面呈圓柱形。其端面為平面。我們平時見到的光纜一般是多根光纖的集束體。任務二 光纖傳感器一、光纖的基本結構和工作模式 光在空間是沿直線傳播的。在光纖中，光的傳輸限制在光纖中，并隨著光纖能傳送很遠的距離，光纖的傳輸基

6、于光的全反射原理，光在光纖中的傳播情況如圖所示。任務二 光纖傳感器二、光纖的分類 由于光纖既是一種電光材料又是一種磁光材料，它與電和磁存在某些相互作用的效應，因此它具有“傳”和“感”兩種功能。按照光纖在傳感器中的作用，光纖傳感器可分為傳光型和功能型兩種類型，如圖所示。任務二 光纖傳感器二、光纖的分類（1）傳光型光纖傳感器 光纖僅起傳輸光信號光學通路的作用，被測參數均在光纖之外，由外置敏感組件調制到光信號中去。由于光纖傳輸光信號效率高、抗干擾能力強，可撓曲，使光學通路的設置更加靈活、可靠，大大改善了傳統光電檢測技術的不足。（2）功能型光纖傳感器 光纖在被測物理量的作用下，光纖本身及其傳輸光信號的

7、某些特性發生變化，從而對被測參數進行轉換和檢測。在這類傳感器中，光纖不僅起傳光的作用，它本身又是敏感組件，這些光纖一般是經特殊設計、特殊制造的特殊光纖。它的出現和應用極大地拓展了光電檢測適用的對象和領域。任務二 光纖傳感器二、光纖的分類 按照光纖傳感器類型分，常用光纖傳感器又可分為遮斷型、反射型和反射鏡反射型三種，如圖所示。任務二 光纖傳感器三、光纖傳感器的特點1.靈敏度較高；2.幾何形狀具有多方面的適應性，可以制成任意形狀的光纖傳感器；3.可以制造傳感各種不同物理信息（聲、磁、溫度、旋轉等）的器件；4.可以用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕、或其它的惡劣環境；5.而且具有與光纖遙測技術的內在相容

8、性。任務二 光纖傳感器四、光纖傳感器的應用1. 光纖位移傳感器 反射式光纖位移傳感器是一種非接觸式測量，具有探頭小，響應速度快，測量線性化等優點，可在小位移范圍內進行高速位移檢測。任務二 光纖傳感器四、光纖傳感器的應用2. 光纖光柵加速度傳感器 在測量物體振動時，把機座固定在振動源上，振動源與機座同時振動，從而引起質量塊m的振動，在慣性的作用下懸臂梁產生收縮和伸長，帶動光纖光柵產生應變從而引起波長的變化，通過探測波長的變化來實現振動和加速度的測量。任務二 光纖傳感器四、光纖傳感器的應用3. 光纖溫度傳感器 上圖所示為光纖溫度傳感器的原理示意圖。它通過用單模光纖構成干涉儀，環境溫度的變化將導致光

9、導纖維中光程的變化，從而引起干涉條紋的變動，達到測量溫度的目的。任務二 光纖傳感器四、光纖傳感器的應用4. 電路板方向檢測 該裝置主要檢測器件為光纖傳感器，當光線發出的光穿過標志孔時，若無反射，說明電路板方向放置正確。任務二 光纖傳感器四、光纖傳感器的應用5. IC芯片引腳檢測 光電自動檢測系統可以實現引腳的內外傾角、左右傾角和橫向尺寸的檢測。任務三 智能傳感器任務導入各種智能傳感器任務三 智能傳感器一、智能傳感器的原理 智能傳感器主要由四部分構成：電源、敏感元件、信號處理單元和通信接口，其原理框圖如圖所示。敏感元件將被測物理量轉換為電信號，通過放大、A/D轉換，變成數字信號后，再經過微處理器

10、進行數據處理（校準、補償、濾波），最后通過通信接口，與網絡數據進行交換，完成測量與控制功能。任務三 智能傳感器二、智能傳感器的特點1.提高了傳感器的精度2.提高了傳感器的可靠性3.提高了傳感器的性能價格比4.促成了傳感器多功能化任務三 智能傳感器三、智能傳感器的功能1.信息存儲和傳輸2.自補償和計算功能3.自檢、自校、自診斷功能4.復合敏感功能5.智能傳感器的集成化任務三 智能傳感器四、智能傳感器的應用 智能傳感器已廣泛應用于航天、航空、國防、科技和工農業生產等各個領域中。例如，它在機器人領域中有著廣闊應用前景，智能傳感器使機器人具有類人的五官和大腦功能，可感知各種現象，完成各種動作。任務三

11、智能傳感器五、智能傳感器的發展任務四 生物傳感器任務導入認識生物傳感器任務四 生物傳感器 一、認識生物傳感器 生物傳感器是對生物物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測的儀器。它是以固定化的生物敏感材料作為識別元件（包括酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質）并與適當的理化換能器（如氧電極、光敏管、場效應晶體管、壓電晶體等）及信號放大裝置一起構成的分析工具或系統。 生物傳感器由分子識別部分（敏感元件）和轉換部分（換能器）構成，具有接受器與換能器的功能。分子識別部分用于識別被測目標，是可以引起某種物理變化或化學變化的主要功能元件，是生物傳感器選擇性測定的基礎。任務四 生物傳感器二、

12、生物傳感器的應用領域1. 在食品工業中的應用（1）食品成分分析（2）食品添加劑的分析（3）農藥殘留量分析（4）微生物和毒素的檢驗（5）食品鮮度的檢測2. 在環境監測中的應用（1）水環境監測（2）大氣環境監測任務四 生物傳感器二、生物傳感器的應用領域3. 在發酵工業中的應用（1）原材料及代謝產物的測定（2）微生物細胞數目的測定4. 在醫學上的應用（1）臨床醫學（2）軍事醫學任務四 生物傳感器三、生物傳感器的特點1）采用固定化生物活性物質作催化劑，價值昂貴的試劑可以重復多次使用，克服了過去酶法分析試劑費用高和化學分析繁瑣復雜的缺點。2）專一性強，只對特定的底物起反應，而且不受顏色、濁度的影響。3）分析速度快，可以迅速得到結